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第3問

4n4n 個の小石があり、重さはそれぞれ 1,2,3,…,4n1, 2, 3, \ldots, 4n である。各小石は nn 色のいずれか一色で塗られており、各色の小石はちょうど4個ずつある。石を二つの山に分けて、両方の山の総重量が等しく、かつそれぞれの山に各色の石がちょうど2個ずつ含まれるようにできることを示せ。
ステップ 2/6: 色を4正則グラフに変える
ざっくり言うと

各色を1つの頂点にまとめると、紐はグラフの辺になり、接続数を数えるとすべての頂点が同じ次数を持つことが分かる。

deg⁡G(v)=4 for every vertex v.\deg_G(v)=4\ \text{for every vertex}\ v.
詳しい解説

4n 個の小石を色ごとに n 個の箱にまとめ、各箱に4個ずつ入れる。箱を頂点、2n 本の紐を辺とする多重グラフ G を考え、同じ色の2個を結ぶ紐はその頂点で値2のループになる。各箱にはちょうど4個の小石があり、各小石はちょうど1本の紐の端点であるから、G のすべての頂点の次数はちょうど4であり、G は n 個の頂点上に 2n 本の辺を持つ。